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1、磁浮高速会车压力波和列车风的实测研究 王丹1 李明水2 雷波3 林圉斌。毕海权3 王风鸣。 ( 】国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙，4 1 0 0 7 3 2 中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳，6 2 1 0 0 0 3 西南交通大学成都，6 1 0 0 3 1 ；4 上海磁悬浮交通发展有限公司上海，2 0 1 2 0 4 ) 摘要金车压力波是影响高速磁浮列车快速，安全和舒适运行的一个重要空气动力学问 题为进一步谇估车辆设计，“ I - 2 0 0 3 年1 1 月对上海磁悫浮列车在5 1 m 线间距下的高速套车压力载荷进 行了测量，得到了通迂列车以4 0 0 5 0 0 k m
2、h 的速度运行时引起的会车压力波的大小。同时测量了距离 列车侧面O 5 m 审1 3 m 处列车风的太小 主题词磁浮列车。会车压力波，列车风实车试验 l 引言 明线上高速运行的磁浮列车会车时，由于相向运行的列车对其阅空气的排挤使两交会列车之问 的空气产生很大的波动，形成会车压力波会车压力液作用在列车头部和侧面。不仅影响列车的运行 稳定性和乘坐舒适住- 而且有可能是列车头部和侧面的车窗玻璃因压力冲击而破坏，因此必须作深入 细致的研究，以便减缓其影响会车压力波的大小与列车外形、线间距等因素有关与列车的运行速 度的平方成正比对于线间距和列车外形已经确定上海磁悬浮列车而言，列车速度成为影响会车压力 波
3、大小的个最重要因素。为此对上海磁悬浮列车在5 1 m 线间距下、以不同速度高速会车时的会车 压力波进行了现车试验。并对列车侧面的列车风避行了铡重，以便进一步认识磁浮歹哇车会车压力渡和 列车风的特性，评估车辆设计及运营安全 此次会车空气动力荷载实车试验所用的车辆为两列：5 节编组( P V 2 ) 和2 节编组( P V 3 ) 试验 在P v 3 上进行，当两车以不同速度交会时，测量在P V 3 上引起的会车压力波列车风测量的测点选在 垂宣高度与轨道表面相同、距离列车侧面0 5 m 和1 3 m 处本文主要介绍磁浮列车以5 0 0 9 - a n ：a 的速度交 会对约舍车压力荷蓑，包括会车压
4、力波和列车风。 蚕试验构成 2 1 会车压力载荷测量 ， 会车压力波的大小对车体强度提出了不同购要求根据2 0 0 3 年7 月琏B G 对上海磁浮列车低于 4 3 0 r r r u h 的速度交会时会车压力波的测量结果【l 】，并通过与德国认B G 公司协商，选取位于列车侧面 不同位置的5 个测点进行会车压力波测量，分别为：PD o o r 、P _ W i n d o w 、P _ L o n g i ：、P j 腿u B - 2 和 P L o n g i _ 3 见图1 国t 蔼点布置 1 4 8 圈2 压力传感器的安装 传感器的选择应以测量精度高、对流场影响小为原则因此，试验时选择
5、T E N D E V C O 公司生产 的压阻式传感器8 5 1 5 C 1 5 。该传感器体积小，直径6 3 5 r a m ，厚度只有0 7 6 r a m ；因其很薄，对流动影 响小；灵敏度高，全刻度范围为l b a r 该传感器的安装方便，试验中采用双面胶布直接贴附于列车表 面测点位置，见图2 所示 整个测试系统由传感器、多芯屏蔽信号线、放大器、A D 转换器及计算机等部分组成各传感器 将测得的压力信息经放大器、A D D A 转换记录在计算机中进行处理。为了在最高速度时压力波达到最 大分辨率，把采样频率置为5 K H z ，滤波器设置为1 K H z 除压力传感器外，测试系统的其他
6、装置全部 放于列车内进行数据采集和处理。 2 2 列车风测量 在进行会车压力波测量的同时，x f P v ：从龙阳路( L Y R ) 驶向浦东国际机场( P I A ) 时的列车风 场进行了测量。列车风的测量采用的是五孔测速管，它通过测量列车风在测点产生的总压和静压，得 到气体动压头进而计算出空气流速。考虑到列车风方向的变化，实测试验前，先在风洞中对所用的 五孔测速管在夹角为一1 2 0 。+ 1 2 0 0 的大范围内进行了标定 试验时将五孔测速管装于专用的支杆上，然后将支杆固定在现场搭建的钢管架上。测量信号通过 多芯屏蔽线传输到计算机 列车风测试系统与会车压力波的测量系统组成基本相同，测
7、速管测得的压力信号经放大器和A D 转换器输入计算机进行处理，然后得到列车风的大小和方向。 3 试验数据的采集和处理 3 1 会车压力波 在5 1 C H z 的采样频率下，首先对采集数据进行了I K H z 的低通滤波，根据I A B G 的经验，为得到交会 时列车表面各测点的压力时间历程，还应选取在数值上约为相对速度一半的值，作为数值滤波频率对 压力信号进行再处理，见图3 从图中可以得到，当P V 2 以某一速度经过时，在P V 3 列车上引起的正负 交变的压力波动( PL 和PT ) 从图中还可以看出，由于P V 3 列车本身的高速运行以及自然风等因素 的影响列车表面呈现一定的负压状态(
8、 P o ) 为了能够直接反映出由于会车引起的列车表面压力波 动，在进行数据处理时，将各传感器的初始测量值P o 平移至0 点见图4 ，从而得到各测点由于会车引 起的正、负压力波幅值图中Pp a s s 表示的是由于会车引起的列车表面压力变化， P L 共搜 P - T 一片渡 一fU 图3 原始压力信号 一P - L 艘 P - T 。 畦一 i L ， t UT 恤 黼树础 ，忡1 址- L J J 删梆呷啪t L二J ：? ：l ! = 卫f F 二m h P - L 坤 一3 2 列车风 列车风采用的是压差式测量原理，测量结果按下式计算： V = 式中v 为列车风速，P z 和P a
9、分别为总压和静压( P a ) ，p 为空气密度。 4 试验结果 4 1 会车压力波 4 1 1 静止会车( S t a n d i n gP a s s i n g ) 当P V 3 停靠在轨道某一点、P v 2 以一定速度通过时的列车交会称为静止会车如图5 所示，图中红 色代表传感器的安装位置。从图中可以看出，当P V 2 从龙阳路地铁站( L Y R ) 向浦东国际机场( P I A ) 方向运行时，在P V 3 上测得的为列车“头头“( L e a d i n g t o L e a d i n g ，L L ) 和。头尾”( L e a d i n g t o T r a i l i
10、 n g ， L T ) 交会压力波l 反之，当P V 2 从P n 向L Y R 方向运行时，在P V 3 上测得的是“头尾”( T r m l i n gt oL e a d i n g ， T L ) 和。尾尾”( T r a i l i n g 铀T r a i l i n g 。T T ) 交会压力波 表1 给出了当P V 2 以5 0 0 l 锄m 从L Y R 向P I A 方向运行时，各测点测得压力波幅值多次测量的平均值 4 1 2 运动会车( F l y i n gP a s s i n g ) 当P v 3 和P V 2 时以一定速度相向运行时的列车交会称为运动会车当P V
11、 2 从L Y R I 向P I A 方向运行 时、P V 3 从P I A 向L 选行时。在P V 3 上测得的是L L 和L T 交会压力波。如图6 所示，图中红色代表传感 器的安装位置；反之，当P V 2 从P I A I 句L Y R 方向运行时，P V 3 从L Y R 向P I A 方向运行时。在P V 3 上测得 的是1 L 和竹交会压力波 T 咄 P V 3 ，耐 图5 静止会车 图6 运动会车头部交会 PLPLP 盛j 厶PT 测点位置 m a x l I l l nm a x1 1 1 1 n口a S S PD 0 0 r2 1 8 l2 7 6 6 - 4 11 4 9
12、01 9 9 7 P W - m d o w 1 8 4 2 - 2 4 8 4- 6 8 1 3 2 6 - 1 8 0 3 PL o n d22 0 3 7- 2 4 2 3- 5 4 1 3 “1 6 2 6 P W K U B22 1 0 9- 2 7 8 5 5 71 5 0 2，1 7 2 7 PL o n g i3 1 9 7 7- 2 6 0 6- 4 9 1 3 4 5 1 5 8 6 PLA PLPA PT PT 测点位置 1 1 1 a Xm I n 口a s st i t a xm m PD o o r2 i 3 0之6 2 7 - 3 2 4 1 5 3 72 4 1
13、 8 P W i n d o w1 5 6 12 1 2 91 4 4 1 2 3 41 4 7 9 PL o n 舜2 1 7 7 82 0 8 3- 1 6 71 3 4 31 4 1 7 PW X U B2 1 6 5 72 1 1 8 2 1 91 3 “1 0 9 9 PL o n g i3 1 7 7 92 1 6 33 6 1 3 7 21 5 6 9 表2 给出了当P V 2 以5 0 0 K m h 从啪t 向P ! A 方向运行、P v 3 以相同速度从P I A 向L Y R 方向运行时，各 测点测得压力波幅值、运动列车表面静压漂移P 0 等参数多次测量的平均值。 1 5
14、 0 4 2 列车风 列车风测量数据的采集频率为I K H z 并分别计算0 2 s 和1 O s 内的平均值图7 分别给出T P V 2 以 5 0 0 k n 咖的速度运行时距离列车侧面0 5 m 处列车风的大小上图为O 2 s 内的平均值，下图为1 O s P q 的平 均值 量 “- 一l 氛 儿 l Jk 、上J 川I l 川 、 l 5 结沦 _ 图70 5 m 处列车风 差 l肌” f； I IJ 叫J 融 雷8O 5 m 齄列车凤 会车压力波除了PD o o r 点最大负压力波幅值超过2 2 5 0 P a 以外，其它测点最大正、负压力波幅值均 基本在2 2 5 0 P a 以下因此，从会车压力波的测量结果来看，车辆设计基本符合要求 采用0 2 s 内取平均值的方法得到的列车风最大值比1 0 s 内取平均的方法得到的列车风最大值大约 1 倍左右 参考文献 【1 】M 曲辄嘣n c mo f p r e 伽r el o a dc a u s e db yp a s s i n gT R - S h a n g l l a iv e h i c l e s ，I A B G , T e c h n i c a ls p i 矗d o n ，T I M0 3 0 2 8 ， 2 0 0 3 0 7
